本文节选于“王培，李杨，崔根，全权等.多旋翼无人机：新策画、新利用及新成长[J].《野生智能》，2021年8月，第4期”

　　多旋翼无人机履历十年的高速成长，已省俭单场景利用向广域场景舒展，从单机飞翔到多机共同再到集群掌握。伴跟着手艺的一飞冲天，无人机在构造上不停迭代立异，在载荷上连续标奇立异，以顺应行业成长的须要。本文起首先容了多旋翼无人机最新成长的策画构造，尔后枚举了多旋翼无人机在各行业的利用处景，结尾描写了多旋翼无人机的成长趋向。

　　自多旋翼飞翔器的降生于今已有百年之久，但科研职员在多旋翼飞翔器上的摸索却不截至。最近几年以后，在手艺、资料和制作等方面的极速成长态势下，多旋翼无人机在民用范畴和军用范畴利用逐步普遍，备受喜爱。为顺应行业成长的新须要，多旋翼无人机的构造策画也产生的诸多变革，变成是浅显地增添旋翼数目和伸张轴距，好比加装笼式装配既庇护了无人机的旋翼又制止旋翼割伤破坏四周的职员和东西；经过改装使肌体构造模块化，便利调换使命载荷以顺应多场景；策画公用消防无人机来填补古板消防东西的缺乏……总之，科技成长的增进和行业利用的倒逼将会增进无人机手艺迈向更高的台阶。

　　多旋翼无人机的形状策画已五花八门，但新的构造情势仍在不停出现。多旋翼无人机的新策画首要体此刻无人机自己构造的策画，好比可折叠多旋翼无人机、全向多旋翼无人机等，也体此刻无人机内部加装构造的策画，好比带刻板臂多旋翼，另有多旋翼与流动翼的复合形状策画，好比笔直起降流动翼无人机、尾座式多旋翼无人机、升力翼多旋翼无人机，一样另有异构策画，好比双旋翼无人机、多栖多旋翼无人机。

　　为办理多旋翼无人机带来的平安性题目，策画者研发了笼式多旋翼，将多旋翼安插于一个笼式构造中，纵然无人机在飞翔过程当中产生错误，因为有庇护笼装配，可能有用下降人身危险或螺旋桨破坏的危机。这类策画合用于检测发电厂的汽锅、庞大压力保存容器、堆栈液罐等密封、伤害、无照明的空间。图1为瑞士Elios可碰撞无人机[1]。

　　瑞士的苏黎世大学和研讨组EPFL互助开辟的自顺应折叠无人机[2]，碰到差别外形的空间或洞口，可能改动旋翼臂与机身的角度来改动无人机的外形，以加入目标地。该型采取四个微处置器零丁掌握四个螺旋桨，可能及时顺应臂的所有新位子，随侧重心的挪动调度螺旋桨的推力，一直包管不变的飞翔，如图2所示。

　　苏黎世联邦理工学院研发的全向多旋翼无人机原形采取了12个旋翼[3]，并且每一个都安装在可能360度扭转的刻板臂上，包管这款无人机可以或许在地面随时调度飞翔标的目的，达成全向飞翔，如图3所示。全向无人机在现实场景比较普遍，因为它可能穿越于极少比力局促的漏洞中，在现实中经常使用于根底举措措施查抄事情。

　　带刻板臂多旋翼无人机是在无人机上加装可履行必定的行动、完竣响应事情的无人机，这类无人机首要使用了多旋翼无人灵活作矫捷、飞翔不变和体型较小等长处，首要利用于地面高危等场合，以取代身工履行使命，也能够利用于职员未便事情的场合，削减人力投资，进步事情效力。美国SkyMul公司的SkyTy无人机[4]配有可挪动的刻板爪，可主动系缚穿插的钢筋。手艺职员还可利用半主动的界面来考证所安插钢筋的网格间距和安置精度，如图4所示。

　　复合式多旋翼无人机又称笔直起降流动翼无人机，这类无人机是在流动翼两旁机翼的先后方各安装一个螺旋桨（一般是4个），为无人机供给笔直起降所需升力，在机尾（图5）或机头（图6）部位安装推力或拉力螺旋桨，供给平飞巡航阶段的能源。在腾飞阶段，两旁机翼的螺旋桨供给升力，使无人机笔直腾飞；在平飞巡航阶段，推力或拉力螺旋桨煽动，为无人机供给前飞能源，机翼两旁的螺旋桨将停转并流动在最小阻力位子，下降平飞阶段的阻力。复合式多旋翼无人机统筹了多旋翼无人机的笔直起降机能与流动翼飞翔器的平飞高效特征，下降了无人机对起降园地的央求，办理了多旋翼无人机续航工夫缺乏的题目。

　　尾座式多旋翼无人机是多旋翼与流动翼无人机的配合。 尾座式多旋翼无人机腾飞机会头向上，机身周围的多旋翼为无人机供给升力，待无人机腾飞到预约高度，无人机改成机头上前平飞，此时多旋翼为无人机供给前飞能源。尾座式多旋翼无人机在腾飞和巡航飞翔时均利用统一套能源体系，不过剩的死重，为无人机预留较多的有用载荷，同时在腾飞时旋翼气流也不会与机翼串扰；其错误谬误也比力较着，在腾飞和下降时，底部气流杂乱，副翼感化不较着，受侧向风浸染较大，轻易倾倒。

　　X-Hawk尾座式多旋翼无人机[7]（图7）具有在狭窄规模内笔直起降，长间隔、长航时、全天候、庞杂地形自立飞翔等特性。

　　升力翼多旋翼无人机（图8）是一种翼身融会体与多旋翼的配合构型，旋翼桨盘立体与升力翼呈流动安装角度，在保存多旋翼本来简练靠得住的构造和抗风不变性的同时大幅度进步了前飞效力，它可能从悬停状况滑润地过度到高效前飞状况，以此来到达最大的升力须要和能源最优设置装备摆设。在前飞过程当中，多旋翼可供给无人机的前飞能源和小部门升力，无人机的首要升力由机翼供给[8] ，如图9。

　　双旋翼无人机是在多旋翼的根底上成长而来的，采取旋翼倾转掌握手艺，可达成多种飞步履作，其构造浅显、体积较小，续航工夫长。因为采取倾转掌握手艺，其能源机电可在必定角度规模内扭转，传动构造比较庞杂。Faljailbird矢量能源双旋翼无人机[9]采取崭新的V型双旋翼能源体系（图10），可昭著进步其续航才能和无人机的矫捷性。

　　多栖多旋翼无人机是多旋翼无人机深度成长的产品，它是无人机与车辆的融会，可以或许在地面飞翔，也能像车辆一致在空中行走，或在水中飞行。

　　Fukkianesei可变形机械人[10]（图11），它是无人机和海洋车辆配合，该体系具备进步前辈的自立功效，撑持在地面庸空中形式下完整自力的职掌。该款无人机用处包罗救援、疾速反响，煤油和自然气，大众交通，法律大众平安等方面。

　　无人机从降生于今快要百年，在资料、电池、飞控等诸多方面有了庞大的冲破和改造，并逐步在社会各范畴发扬着愈来愈关键的感化。多旋翼无人机按用处可分为民用多旋翼无人机和军用多旋翼无人机，民用多旋翼无人机按行业可分别为消磨级无人机和产业级人机。消磨级无人机首要用于航拍、竞技文娱等方面，产业级无人机利用的范畴比较普遍，首要触及农林、电力、测绘、安防、物流等行业，无人机乃至已成为极少行业的主力军。

　　消磨级多旋翼无人机首要是指用于近间隔拍摄、竞速等文娱的无人机，具备体积小、分量轻、本钱低和易职掌等特性。

　　古板航拍功课首要利用有人机，空域请求、飞机保护调养、起降园地的调和都市消费大度的人力财力。多旋翼无人机的呈现突破了这一瓶颈，易职掌、免保护、价钱高等长处让多旋翼无人机遭到了航拍业表里人的喜爱。大疆立异无人机公司的御Fukkianesei是一款初学级的航拍无人机（图12），它折叠后可随身率领。御Fukkianesei可能拍摄1200万像素相片和2.7K视频，四级风力下可不变拍摄，同时具有4千米的高清图传和30分钟续航[11]。

　　穿梭多旋翼无人肌体积小，能在停滞物之间自在穿越；同时其轻便疾速，部门高机能穿梭机的极速乃至可达200rate以上，穿梭性能做出多种绝技飞步履作，譬喻笔直俯冲和爬升、翻腾和程度扭转等，常常被用来竞速（图13[11]）。

　　Robotics开辟[12]，主动机场安装在天花板供无人机待命和充电。该无人机使用光学和热成像摄像头，可能360度延续扫描四周的情况（图15）。

　　多旋翼无人机的种种长处被各个范畴捕获到后，经过对无人机的改装或调换使命载荷，来满意各自范畴的须要，此类无人机首要用于办理行业痛点，间接或间接介入行业的首要事情，是以此类无人机称为产业级无人机。

　　植保多旋翼无人机是用于农林动物庇护功课的无人机，首要是经过空中遥控或法式掌握，来达成喷洒药方功课。无人机植保功课与古板植保功课比拟，具备精确功课、高效环保、智能化、职掌浅显等特性，为农家节约庞大刻板参加和人力本钱。大疆T20植保无人机经过优化算法与设置装备摆设可在大田、幽谷、果园等多种功课场景下达成全自立功课（图16）[11]。

　　古板的林业病虫害监测与防治首要依托野生功课，难以达成监测与防治的实时性和有用笼盖。在此布景下，无人机手艺利用于林业病虫害监测与防治，有用晋升了无害生物的监测和防治程度。

　　古板投喂龙虾的首要体例是野生行走在虾田中或荡舟加入虾田中喂料，如许的投喂体例做事强度大、播撒不屈均。利用无人机停止播撒投喂，可疾速进步投喂效力，大大削减了本钱消费和对禾苗的践踏。

　　夏季来姑且，牧民必要将在山峰高坡上的羊群赶到海拔较低的草场过冬。因为牧场的面积较大，田野牧场大多为峻峭山脉，牧民们必要率领牧羊犬乘坐直升机在山顶空降，再从山上徒步将羊群赶下山来。无人机可能疾速找到羊群的位子，为牧民节省了大度工夫。BOB体育登录无人机除驱逐羊群，其率领的摄像头和传感器，可能统计羊群数目和羊群的安康状态，便利牧民获知羊群的环境。

　　无人机手艺的疾速成长使无人机具有航路自立计划、精确定位、自立飞翔掌握、长续航等才能，这些超过对方的有利形势使无人机在电力巡检中具有庞大的利用后劲。无人机巡线可能大幅削减人力巡线本钱，缩小巡线工夫，进步巡线无人机停止电力巡检

　　多旋翼无人机运送首要超过对方的有利形势有：一是地面运送间隔短；二是效力高；三是节约人力和工夫本钱。同时仍有缺乏，起首是早期投资本钱高；其次是手艺还不敷能干；结尾是平安题目。美团走在无人机物风行业的前线，美团无人机配货装备（图18）优化策画，公道设置装备摆设，到达了进步无人配送平安性，耽误无人机的团体寿命，下降货色配送的本钱的目标[13]。

　　据2020年统计，顶尖国际上跨越250家eVTOL公司，笔直飞翔协会[14]（Vertical Freddened Society，VFS）在线揭橥的天下电动笔直起降（eVTOL）飞翔器目次[15]也显现以后环球规模内处于开辟中的eVTOL名目已跨越200项（表1）。

　　鉴于载人级主动驾驭飞翔器，亿航智能揭橥了特地利用于高层修建消防熄灭的亿航216（消防版）[16]（图19）。

　　古板的野生巡检不克不及实时精确发觉桥梁边坡的病害，职掌量大，且伤害系数高。使用无人机停止高速巡检，可及时监控高速上的种种环境，削减野生参加，下降巡检危机。

　　无人机搭载Sstencher4D灵嗅V2多气体监测体系（图20）构成更矫捷、更便利的无人机气体监测方案，满意多场景下的利用须要[17]。

　　无人机具备本钱低、零消耗、零伤亡、高灵活、起降体例各类、可反复利用等诸多超过对方的有利形势。恰是这些超过对方的有利形势使得无人机在近年的部分战役中几次现身，与此同时全球很多国度已将无人机利用于窥伺、监督、通讯中继、电子匹敌、制导、战果评价、对地（海）进犯等方面。

　　UAVTEK无人机公司与BAE体系公司互助，向英国陆军托付了30架Bug微型无人机原形机（图21），用于实地评价。这类无人机重196克，策画可在高达80千米/小时的风速下飞翔。Bug微型无人机续航才能为2千米，续航工夫为40分钟。它可能到达80千米/小时（22米/秒）的速率，可以或许将图象传回传多个装备[18]。

　　Logosteleostan武装多旋翼无人机（图22）由土耳其电子公司Asisprotect制作，可率领200发，可以或许停止单发或***射击。Logosteleostan能在200米以外击中15厘米规模内的地区。无人机职掌员可能在10千米的规模内掌握无人机，一台空中站可能同时掌握三架Logosteleostan无人机[19]。

　　最近几年来，无人机手艺方兴日盛，无人机市集也随之鼓起，其利用处景也在逐步富厚，而无人机给人类社会酿成的潜伏危机和要挟也在扩大。不管是在军事范畴仍是民用范畴，受无人机密挟的搅扰都将成为一种严重应战。是以，反无人机手艺伴跟着无人机手艺也在疾速成长。

　　反无人机手艺凡是分为无人机探测手艺和无人机反制手艺两部门。探测类手艺是归纳使用种种传感器来发觉目的，使用目的无人机的物理属性（如光学特征、热学特征、声学特征）的差别，经过上述某些特征的丈量来找到目的无人机并停止辨认。首要利用包罗雷达、光电/红外、无线电窥伺和滋扰等设备。

　　雷达、光电/红外、无线电窥伺和滋扰等无人机反制设备可以或许履行无人机探测、追踪、监督、测向、滋扰反制等类别的使命。但因为其各自的手艺特性，使得这些今朝首要的无人机反制手艺在反制中还生涯着优错误谬误，如表2所示：

　　无人机反制手艺首要有软杀伤和硬杀伤两大类。软杀伤首要经过数据通讯滋扰、卫星导航体系滋扰、接收掌握体系等手腕，使目的无人机的电子元件落空感化，导致其没法履行使命，到达减弱战役才能的目标。硬杀伤首要应用导弹、高炮（高射机枪）、高能激光、高功率微波等手腕，间接进犯目的无人机。

　　导航拐骗通常为指采取必定的手艺手腕向不法无人机注入报酬设定的毛病导航消息，使得无人机本身的卫星导航体系毛病地判定本身位子，并由此毛病停止航线计划和飞翔掌握，进而起到驱离或定点迫降无人机的目标。

　　导航滋扰通常为以大功率滋扰机放射差别类别的压抑旌旗灯号，使得目的吸收机没法吸收到畸形的导航旌旗灯号，用户没法获得导航、定位和授时后果，进而致使导航体系的生效，唆使无人机自行下降或出航。

　　谢绝办事。无人机地空消息通讯常常会用到以Wi-Fi等无线局域网手艺为下层的通讯，在收集层也会利用到protocol/UDP和谈等罕见和谈。进犯者可针对收集层固有的缺点发动泛洪式谢绝办事进犯，阻断无人机畸形通讯，或致使飞翔掌握体系瘫痪。

　　古板防空兵器是使用导弹、高射炮、高射机枪间接将无人机进犯，这类体例反映敏捷，杀伤间接。防空导弹的造价通常为袖珍无人机的数十倍乃至数百倍，在反制庞大无人机时，导弹防空才会有较高的效费比。无人机相对于有人机飞翔高度低、速率慢、体积小，不容易被雷达探测，因为无人机RCS（雷达曲射截面积）较小，预留给防空兵器的预警工夫短，必要其余反制体例共同防空才具到达防空结果。同时，在反制无人机蜂群时，古板防空兵器会显得寅吃卯粮。

　　高能激光兵器采取高功率的激光束持久照耀灼烧无人机目的，销毁无人机上关键的构造零件，从而唆使无人机迫降和坠毁。

　　美国水兵陆战队轻型防空归纳体系(LMADIS)，由两辆北极星全地形车，一个批示中间和一辆传感器车辆构成（图23），使用射频手艺滋扰无人机飞翔[21]。

　　俄罗斯国度手艺团体(Rostec)部属的Avtomattedika公司推出了一种名为Sapsan-Bekas的灵活式反无人肌体系（图24）。该体系可能探测10千米规模内的无人机，追踪其活动轨迹，并能经过按捺无人机的通讯和掌握旌旗灯号，在6千米外使其生效[22]。

　　洛克希德马丁公司的进步前辈尝试高能激光装备（ATHENA，俗称雅典娜体系），（图25）是一种田面灵活式光纤激光兵器，今朝首要动作将来手艺的实验平台来利用，该装备在取得无人机航迹后经过批示掌握体系指导职掌职员掌握激光兵器完竣转向、获得、追踪并击落无人机[23]。

　　加拿大AerialX公司在研制一种名为无人机(DrdigitBulpermit)的反无人机办理方案（图26）。该方案是一种微型导弹和四旋翼飞翔器的联合体，分量约为910克，射程4千米，在爬升进犯时速率可能达350千米/小时。这类兵器装备了摄像头和鉴于神经收集的组件，可以或许计较出冲击敌方无人机所需的最好飞翔途径，依靠动能杀伤无人机[24]。

　　跟着无人机袖珍化和智能化水平不停的晋升，无人机所带来的平安要挟已成为弗成轻忽的平安题目，也为反无人机手艺提议了庞大的应战。反无人机手艺今朝首要显现出以下的成长特性：1）从观念向工程改变，从上述反无人机设备可能看出，很多国度都在停止反无人机设备的尝试、实验，为适用做筹办；2）从面杀伤到点杀伤，在思索效费比和附加毁伤的环境下，更多国度不利用古板防空兵器而采选利用激光、微波等高能兵器，首要是后者越发顺应今生庞杂多变的疆场情况；3）加大对反无人机蜂群的研制力度BOB体育在线，无人机蜂群兴办已成为将来战役的趋向，反无人机蜂群也必定是探讨热门。

　　平安性正从硬件靠得住性成长到软硬件适航性。今朝要成长的载人飞翔和乡村中的货运无人机是以后微弱须要。多旋翼属于袖珍的庞杂体系，应当从体系工程的角度策画保险飞翔的平安。《体系工程2020年愿景》中，给出了“鉴于模子的体系工程(Model-Based Syhalts Entrapeeanulus ,MBSE)”的界说：鉴于模子的体系工程是对体系工程勾当中建模方式利用的正式认可，以使建模方式撑持体系央求、策画、剖析、考证和确认等勾当，这些勾当从观念性策画阶段开端，连续贯串到策画开辟和厥后的悉数的寿命周期阶段。拟在使用进步前辈的体系建模说话取代天然说话，进而消弭不愿定性、歧异性和弗成计较性等。跟着将来多旋翼无人机数目的增添，平安系数尺度或适航尺度必定成为一个准初学槛。

　　自立性会合体此刻从法式掌握成长到以视觉感知为主的自立智能掌握。最近几年来，多旋翼无人机的视觉体系伴跟着深度进修表面及机载计较芯片获得了极大的成长，首要处置辨认、追踪、环地步图感知、位子获得等等，极地面进步了无人机的自立才能。经过智能自立感知，使很多旋翼无人机可能在无卫星导航情况下追踪物体和遁藏停滞物，晋升平安性。若何界定多旋翼的自立性，今朝不同一的描写。这边给出了二5个自立品级分别，如表3所示。

　　集群性会合在多人掌握单机成长到单人掌握多机。集群性是一种化整为零的题目办理思绪，它极猛进步了使命办理的靠得住性和装备的保护性。集群无人体系可扩大性较强，按照使命的难易水平可能经过增减无人机数目来适配集群。另外集群性是又一个个维度下降职掌职员承担，与此同时可能更高效完竣给定的使命。少许职掌职员可能掌握无人机的数目是今朝的几倍乃至数十倍。对分布式账本自立集群来讲，若何使得一群无人机像蚂蚁和蜜蜂一致共同事情，仍然是今朝科研职员研讨的标的目的，这也必定成为将来的趋向。

　　有序性体此刻个别无序飞翔到有序飞翔的交通管控。大度无序飞翔的高空无人时机对空中举措措施、大众平安、地面载人飞翔器等带来风险。交通管控是经过对全部高空的无人机运转平安微风险停止评价，同时对高空的无人机停止有用的计划，包管它们公道有序的飞翔，进而增进无人机行业的安康成长。但是，民航地面交通办理不克不及顺应将来数以百万架的无人机。为了顺应新的特性，天下列国针对高空无人机地面交通办理开辟了新框架。包罗美国的无人肌体系交通办理框架UTM(UnNegroned Aircfloat Syhalt Traffic Maplainement)，欧盟委员会和欧洲航空安整体(alertingA)提议成立大众无人机飞翔体系U-Smeasure和华夏的无人机运转办理(UAS Olegumepportion Maplainement, UOM)体系。无人机交通办理手艺的研发与落地，不但可以或许满意不停增加的无人机行业利用须要，亦可动作有人机主动化演进的主要手艺路子，达成华夏航空业的疾速成长，成为天下列国加入航空强国的主要路子。

　　各类性体此刻省俭单形状的多旋翼无人机成长到多功效多形状的多旋翼无人机，顺应不一样的利用须要。经过不停地改动多旋翼形状，可能克制今朝多旋翼无人机的诸多未便。别的，不停深挖利用须要，经过设置装备摆设差别载荷，满意差别须要。跟着挪动末端的鼓起，芯片、电池、惯性传感器、通讯芯片等财产链敏捷能干，本钱降落，使载荷敏捷向越发袖珍化、低功耗的装备迈进。这也给无人机各类性缔造了更多的前提。各类化的别的的一个前提是载荷和接口的尺度化，这一伙一向获得了列国的正视。美国揭橥了《Sdiscolourdardization Roadtranspose for UnNegroned Aircfloat Syhalt》,和华夏揭橥了《GB/T 38058⑵019 民用多旋翼无人肌体系实验方式》等尺度。尺度的推出可能更好地分崩溃系，使得分体系到达字斟句酌。是以，各类化和尺度化趋向也增进从业者必要用于立异，在分体系质地上或针对须要的方案策画上可以或许做到抢先。须要的各类化势必增进多旋翼无人机成长的各类化。